Yolk-shell型硫-氧化石墨烯復合正極材料的制備與性能研究.pdf

1、鋰硫電池被認為極有可能替代傳統(tǒng)鋰離子電池成為下一代被廣泛應用的電池體系。為了解決鋰硫電池存在的問題，研究者們提出了許多改進的方案，包括對正極材料的結構設計與性能優(yōu)化等。其中，yolk-shell型復合材料制備作為一種很好的解決方案受到研究者們的關注，一些研究者合成了yolk-shell型TiO2-S或yolk-shell型聚合物-S等復合材料，用作鋰硫電池正極材料。yolk-shell型結構由于殼層及空隙的存在，能夠使內部的材料得到很好

2、的保護作用。
　　yolk-shell型鋰硫電池復合正極材料通常的制備方法是，包覆硫之后通過將內部的硫部分溶出或者加熱促使殼層內部產生空隙。這類方法需要將硫部分溶解或反應，容易破壞材料完整性，不利于對硫單質的保護，并且過程復雜，不易控制。本課題擬采用具有凹陷結構的硫顆粒，包裹氧化石墨烯后直接獲得具有內部空隙的yolk-shell型S-GO復合材料。
　　本文采用濕化學方法合成單質硫顆粒，研究了硫單質制備過程中工藝條件對所制得

3、的硫顆粒的形貌產生的影響，實現了對硫顆粒形貌的調控，并最終獲得了具有明顯凹陷結構的均勻亞微米硫球。選取氧化石墨烯(GO)作為包覆材料，通過控制溶液的離子強度，在室溫下完成了GO對硫單質的包覆，復合材料具有良好的電化學性能。具體研究內容及結果如下:
　　(1)通過改變表面活性劑PVP的添加量，可以得到不同形貌的硫顆粒。PVP可以使合成的硫顆粒尺寸趨于均勻，隨著PVP的增多，硫顆粒的表面會出現凹陷的結構，在一定范圍內凹陷程度隨PVP的

4、增多而增大。反應成功制備出粒徑500nm左右具有凹陷結構的均勻硫球。
　　(2)反應物濃度、PVP的分子量、反應溫度、鹽酸的用量和酸的種類等條件的改變都會影響到硫顆粒的形貌。獲得具有凹陷結構的硫球的具體實驗條件為:在30℃以下，向100ml的0.04M的Na2S2O3溶液中，加入0.2g表面活性劑PVP，磁力攪拌下滴加0.67ml濃鹽酸反應2小時，抽濾并洗滌。
　　(3) GO包覆具有凹陷結構的硫球后直接形成yolk-she